外部存储器课件

课题外存储器第一次课(发展历程、硬盘)教学目的1、使学生了解微机中外存储器的一般知识；2、掌握硬盘的结构、工作原理、技术指标、接口方式、新技术、新产品；3、了解硬盘的选购方法。教学重点硬盘的结构、工作原理、技术指标、接口方式教学难点硬盘的技术指标、选购原则课型理论教学方法讲解、演示、观察、记忆教具多媒体计算机，多媒体幻灯片演示、硬盘一块（各种尺寸的尽可能多种）教学基本要求教学基本要求1教学小结v根据硬盘结构适当介绍保养,使用硬盘的几个主要注意事项；v主从盘概念及跳线设置方法介绍。教学小结根据硬盘结构适当介绍保养,使用硬盘的几个主要注意事项25.1阅读资料：外存储器的发展历程5.1.1 5.1.1 硬盘的发展历程硬盘的发展历程1956年9月，第一块硬盘诞生。1968年，“温彻斯特”技术诞生。1979年，IBM发明薄膜磁头。1991年，IBM生产3.5英寸的硬盘，硬盘的容量首次达到了1GB。1999年，单碟容量高达10GB的ATA硬盘面世。2000年，高速硬盘问世，新材质硬盘诞生。2000年3月16日，第一款“玻璃硬盘”问世。2001年，新的磁头技术GMR2002年，真正意义上的伟大技术革命IBM AFC技术诞生。5.1阅读资料：外存储器的发展历程5.1.1硬盘的发展历35.1阅读资料：外存储器的发展历程5.1.2 5.1.2 光驱存储设备的发展历程光驱存储设备的发展历程 1、1991年世界上第一个光驱和第一张光碟诞生2、1993年，第二代MPC规格问世，3、1995年夏，公布第三代规格标准，4、1997年左右的时候，光驱已经开始普及了。5、DVD及DVD光驱也就问世了。6、1995年9月发起形成了DVD论坛。7、2001年4月首次开发出可以兼容DVD-RAM和DVD-R(G)格式的驱动器，5.1阅读资料：外存储器的发展历程5.1.2光驱存储设备45.2硬盘5.2.15.2.1硬盘的外部结构硬盘的外部结构 5.2硬盘5.2.1硬盘的外部结构5v图7-6所示是IDE接口的硬盘，图7-7所示是SATA接口的硬盘。图7-6所示是IDE接口的硬盘，图7-7所示是SATA接口的65.2硬盘编号组成部分名称说明1缓存硬盘缓存的主要作用是与硬盘内部交换数据，是实现硬盘数据“预处理”操作的芯片，我们通常说的硬盘内部传输速率其实就是指该缓存与硬盘内部之间的数据传输速率。2电源接口该接口由4针组成，主要用于硬盘与机箱电源相连接，并通过该接口为硬盘工作供电。3硬盘跳线当计算机中连接有两个及以上硬盘时，必须为它们设置主盘和从盘。硬盘跳线可以实现这种设置，具体设置方法因不同硬盘而不同，用户可以参考硬盘正面标签上的设置说明来进行主、从盘的设置。4硬盘数据线接口（IDE接口）通过该接口，利用专用数据排线可以把硬盘与主板连接起来，从而实现硬盘中数据的读写操作。5电容硬盘中存储了大量的数据，为保证数据读写操作的安全，需要高质量的电容来稳定电路。6控制芯片这是硬盘的主要控制芯片，负责数据的交换与处理，是硬盘的核心部件之一。5.2硬盘编号组成部分名称说明1缓存硬盘缓存的主要作用是与7v（1）电源接口vDE硬盘的电源接口为4针接口（图7-8），而SATA硬盘的电源接口为15针（图7-9）。（1）电源接口8v（2）数据接口vSATA硬盘使用7针端口，如图7-11所示。IDE和SATA的数据线如图7-8所示。（2）数据接口95.2.1硬盘的结构 硬盘内部结构图硬盘内部结构图 5.2.1硬盘的结构硬盘内部结构图10外部存储器课件115.2.1硬盘的结构编号组成部分名称说明1浮动磁头组件是硬盘中最精密的部件之一，由读磁头、传动手臂和传动轴三部分组成（如图5.3所示）。磁头是硬盘技术中最重要、最关键的一环，它类似于“笔尖”。硬盘磁头采用非接触式头、盘结构，它的磁头是悬在盘片上方的，加电后可在高速旋转的盘片表面移动，与盘片的间隙（飞高）只有0.08-0.3微米。硬盘磁头其实是集成工艺制造的多个磁头的组合，每张盘片的上、下方都各有一个磁头。磁头不能接触高速旋转的硬盘盘片，否则会破坏盘片表面的磁性介质而导致硬盘数据丢失和磁头损坏，因此硬盘工作时不要搬运主机。2磁头驱动机构硬盘磁头驱动机构由音圈电机和磁头驱动小车组成，能对磁头进行正确的驱动和定位，并在很短时间内精确定位于系统指令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。3盘片盘片是硬盘存储数据的载体，一般采用金属薄膜磁盘，记录密度高。硬盘盘片通常由一张或多张盘片叠放组成。4盘片主轴驱动机构盘片主轴驱动机构由轴承和马达等组成。硬盘工作时，通过马达的转动将盘片上用户需要的数据所在的扇区转动到磁头下方供磁头读取。马达转速越快，用户存取数据的时间就越短，从这个意义上讲，马达的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。我们常说的5400转、7200转就是指硬盘马达的转速。轴承是用来把多个盘片串起来固定的装置。5前置读写控制电子线路用来控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和定位等操作的。5.2.1硬盘的结构编号组成部分名称说明1浮动磁头组件是硬125.2.1硬盘的结构 磁面（Side）：每个盘片都有上、下两个磁面，从上向下从“0”开始编号，0面、1面、2面、3面、磁道（Track）：硬盘在格式化时盘片会被划成许多同心圆，这些同心圆轨迹就叫磁道。磁道从外向内从0开始顺次编号，0道、1道、2道、柱面（Cylinder）：所有盘面上的同一编号的磁道构成一个圆柱，称之为柱面，每个柱面上从外向内以“0”开始编号，0柱面、1柱面、2柱面、扇区（Sector）：硬盘的盘片在存储数据时又被逻辑划分为许多扇形的区域，每个区域叫作一个扇区。硬盘容量=柱面数扇区数每扇区字节数磁头数5.2.1硬盘的结构磁面（Side）：每个盘片都有135.2.2硬盘的工作原理 硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性的合金材料（多为铝片）表面涂上一层很薄的磁性材料，再通过磁层的磁化来存储信息的。即硬盘是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写操作正好相反。硬盘Cache主要负责协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。5.2.2硬盘的工作原理硬盘作为一种磁表面存储器，145.2.3硬盘的分类按尺寸分按尺寸分:5.2.3硬盘的分类按尺寸分:15外部存储器课件165.2.3硬盘的分类按接口分按接口分:5.2.3硬盘的分类按接口分:17v（1）IDE接口vDE接口硬盘的外观如图7-2所示。（1）IDE接口18v（2）SerialATA接口vSATA接口硬盘的外观如图7-3所示。（2）SerialATA 接口19v（3）SCSI接口v图7-4所示是SCSI硬盘及其接口。（3）SCSI接口205.2.4硬盘的技术指标1 1、容量：、容量：容量是指硬盘的存储空间大小，常用GB（京字节）为单位。2 2、转速：、转速：转速也就是指硬盘内部主轴马达的转动速度。台式机硬盘的转速主要有两种：5400转和7200转3 3、动作时间：、动作时间：所谓硬盘的动作时间，主要包括平均寻道时间、平均访问时间、道至道时间、最大寻道时间和平均等待时间等几种。4 4、MTBFMTBF（连续无故障时间）：（连续无故障时间）：MTBF是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位为小时。5 5、数据传输率：、数据传输率：硬盘数据传输率衡量的是硬盘读写数据的速度，分为外部数据传输率和内部数据传输率两种,一般用MB/s作为计算单位。6 6、硬盘缓存：、硬盘缓存：缓存是硬盘控制器上的一块存储芯片，为硬盘与外部总线交换数据提供场所。5.2.4硬盘的技术指标1、容量：容量是指硬盘的存储空间大215.2.5硬盘接口方式及比较1 1、IDEIDE接口：接口：IDE本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，也称之为电子集成驱动器。IDE接口的硬盘具有价格低廉、兼容性好、性价比高的优点。2 2、SATA SATA 接口：接口：SATA接口即串行ATA接口（Serial ATA），它一改以往IDE接口并行传输数据的方式，而采用连续串行的方式传送数据。SATA接口相对于IDE接口起点更高，发展潜力更大。3 3、SCSISCSI接口：接口：SCSI接口即Small Computer System Interface（小型计算机系统接口），它具有应用范围广、多任务、宽带宽、CPU占用率低以及支持热插拔等优点，但价格较高。4 4、IEEE1394IEEE1394接口：接口：IEEE1394的前身称之为了FireWire（火线）规范，它有两种版本，IEEE1394a和IEEE1394b，支持热插拔、驱动程序安装简易、数据传输速度快、具备通用I/0连接头、点对点的通讯架构等特点，同时IEEE1394接口也具有使用费用昂贵的致命缺点。5 5、USBUSB接口：接口：USB接口也叫通用串行总线接口，是目前应用最为普遍的设备接口，USB接口具有价格低廉、连接简单快捷、兼容性强、有很好的扩展性、支持即插即用、支持热插拔、支持高传输速率等诸多优点。6 6、光纤通道（、光纤通道（Fibre ChannelFibre Channel）：）：光纤通道最长可达10公里，理论带宽可达1.06Gbps，实际带宽可达100Mbps，但价格非常昂贵，并且组建复杂。5.2.5硬盘接口方式及比较1、IDE接口：IDE本意是指225.2.5硬盘接口方式及比较接口标准最大传输速率说明ATA-18.3MB/s是第一代IDE接口标准，支持PIO-0、PIO-1、PIO-2传输模式，最大支持504MB以内的硬盘，硬盘尺寸为5.25英寸，使用40芯连线。ATA-2(EIDE或Fast ATA)16.6MB/s1994年开发，主要解决了ATA-1标准与BIOS的容量限制，支持容量达到8.4GB的硬盘。相对于ATA-1来说，它又增加了两种PIO模式和两种DMA模式，对应主板上的接口也变为两个IDE口，可分别连接一个主盘和一个从盘共四个IDE设备。ATA-316.6MB/s没有在ATA-2的基础提高传输速率，但引入了密码保护机制，对电源管理方案进行了修改，引入了S.M.A.R.T（硬盘自我监测、自我分析和报告）技术，是一个划时代的重大改进。ATA-4(UltraATA33)33.3MB/s该标准是1996年由Intel、昆腾公司合作开发的，从ATA-4开始，硬盘开始支持DMA（直接内存存取）技术。微软的Windows98系统正式支持这一接口技术。ATA-5(UltraATA66)66.6MB/s该标准是1998年由昆腾公司率先推出的，将普通的40芯排线改为了80芯排线，并继承Ultra ATA 33标准的核心技术冗余校验技术CRC，保证了高速传输数据的安全性。因Windows98不支持这种技术，故在Windows98下使用时，除用DMA 66专用数据线连接硬盘与主板外，还要正确安装主板驱动程序，这样才能识别Ultra ATA 66硬盘。ATA-6(UltraATA100)100MB/s2000年6月推出的一种接口标准，传输速率从上一代的66MB/s提高到了100MB/s，是目前主流的接口标准。ATA-7(UltraATA133)133MB/s是ATA系列中最新的版本，2001年7月由迈拓公司推出，但除了迈拓公司外，它并没有得到其他广大厂商的支持，因为一种新型的接口类型：串行方式接口硬盘出现了。IDEIDE接口方式比较接口方式比较5.2.5硬盘接口方式及比较接口标准最大传输速率说明ATA235.2.6IDE跳线设置硬盘跳线位于数据线接口和电源线接口之间，在硬盘的正面标签上、硬盘电路板上或IDE接口旁边一般都附有硬盘跳线说明图。一般可分为三种跳线设置：Master（主盘）、Slave（从盘）、CableSelect（简称CS，线缆选择）。Master表示主盘，是一个IDE通道上第一个被系统检测到的设备。Slave表示从盘，是一个IDE通道上第二个被系统检测到的设备。CableSelect表示使用特殊的硬盘数据线连接主板5.2.6IDE跳线设置硬盘跳线位于数据线接245.2.7硬盘新技术1 1、磁头技术：、磁头技术：（1）MR（MAGNETO-RESITIVEHEAD）技术。（2）GMR（GIANTMR）技术。2 2、S.M.A.R.TS.M.A.R.T技术：技术：自我监测、分析和报告技术。它由硬盘的监测电路和主板上的监测软件对被监测对象的运行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，会自动向用户发出警告，并自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其他安全扇区。3 3、数据保护与震动保护技术：、数据保护与震动保护技术：当硬盘受到撞击时，SPS系统能保持磁头不受震动，撞击能量被硬盘其他相对坚固的部分吸收，这样就可以提高硬盘的抗震动性能，便于运输、安装、使用。4 4、RAIDRAID技术：技术：廉价冗余磁盘阵列。组成磁盘阵列的设备具有高速度、大容量、安全可靠的特点。RAID硬盘是由几组硬盘驱动器组成，并由一个控制器统一管理，逻辑上可以把它看作是一个磁盘驱动器。5 5、PRMLPRML读取通道技术：读取通道技术：部分响应完全匹配。PRML技术简单地讲就是将硬盘数据读取电路分成两段“操作流水线”，流水线第一段将磁头读取的信号进行数字化处理，然后只选取部分“标准信号”移交给第二段继续处理。第二段流水线将所接收的信号与PRML芯片预置的信号模型进行对比，然后选取差异最小的信号进行组合后输出，以完成数据的读取过程。6 6、湿盘（、湿盘（WetdiskWetdisk）技术：）技术：该技术能最大限度地减少磁头与盘片的摩擦，数据密度得到进一步提高.5.2.7硬盘新技术1、磁头技术：（1）MR（MAGNE25硬盘选购的原则v硬盘的选购与其他产品一样，在没有充足的经济实力支持下，以“够用”为原则。在购买硬盘时以主流产品为主，近期一般指：容量为640GB或1TB，转速为7200r/min，数据缓存为16MB或32MB，接口类型为SATA2.5，平均寻道时间低于9.0ms。硬盘选购的原则硬盘的选购与其他产品一样，在没有充足的经济实力26v硬盘产品介绍v1.希捷1TB7200.1132M(串口)v希捷1TB7200.1132M硬盘的外观如图7-14所示。硬盘产品介绍27v2.WD鱼子酱KS640G7200转16M(串口)vWD鱼子酱KS640G7200转16M硬盘的外观如图7-15所示。2.WD鱼子酱KS640G7200转16M(串口)28课题外存储器第三次课(软驱与软盘、移动存储设备)教学目的1、使学生知道微机中的软驱与软盘；2、掌握U盘和移动硬盘的相关知识并能进行选购。教学重点U盘和移动硬盘的相关知识、选购方法教学难点U盘和移动硬盘的选购方法课型理论教学方法讲解、演示、观察、记忆教具多媒体计算机，多媒体幻灯片演示、U盘和移动硬盘各一个教学基本要求教学基本要求29教学小结v虽然软驱与软盘已经淘汰但还是简单地进行介绍一下，让学生了解移存储设备的发展过程。教学小结虽然软驱与软盘已经淘汰但还是简单地进行介绍一下，让学305.3软驱与软盘5.3.1 软驱的结构与工作原理软驱的结构与工作原理 软驱从外形尺寸上分有两种类型：一是5.25英寸软驱，现已淘汰；一是3.5英寸软驱，是现在软驱的主流尺寸。软驱主要由控制电路板、马达、磁头定位器和磁头等几部分组成。软驱的工作原理是：马达带动软盘的盘片转动（转速较慢，大约每分钟300转），磁头定位机构是一个很小的步进马达，负责把磁头移动到正确的磁道上，由磁头完成读写操作。当软盘插入软驱时，它的读写孔被打开，磁头通过该读写孔与盘片接触（软驱磁头在进行读写操作时是接触盘片的）进行读写。5.3软驱与软盘5.3.1软驱的结构与工作原理315.3软驱与软盘5.3.2 5.3.2 软盘的结构软盘的结构5.3软驱与软盘5.3.2软盘的结构325.3.3其他几种新型的软驱介绍ZIP驱动器又称海量存储器，是最早出现的大容量软盘驱动器，ZIP采用非接触式磁头设计读写速度更快，更稳定，且不易损坏。MO(Magneto Optical)也简称光盘机，尺寸通常为5.25英寸，它是一种结合光学原理与磁场原理来存储数据的新式存储设备。LS-120它采用了接触式磁头结构，内建了8KB缓存。可以读取现存的上亿张3.5英寸的传统软盘。LS-120的兼容性要好于ZIP和MO，但价格也较高，一般用户无法承受。5.3.3其他几种新型的软驱介绍ZIP驱动器又称海量存储器33vUSB接口简介vUSB接口外观上计算机一侧为4针插孔，设备一侧为4针插头。USB接口有3种类型，如图3-15所示。vA型：一般用于PC。vB型：一般用于USB设备。vMini-USB：一般用于数码相机、数码摄像机、测量仪器以及移动硬盘等。USB接口简介34外部存储器课件35v移动存储器的简介v随着计算机技术的发展，图像、声音、动画甚至视频文件越来越多，传统的移动存储器-1.44MB软盘无论从容量上还是速度上都已不能满足需求。因此，市场上陆续出现了许多不同工作原理，不同存储介质的新型移动存储器。例如，大容量磁盘及驱动器，可擦写光盘及驱动器，移动硬盘，闪存卡类和闪存盘类存储器等等。移动存储器的简介36v移动存储器的分类v常见的移动存储器按存储介质的不同可分为：磁介质、光介质和半导体介质三种类型。v软盘、移动硬盘等的存储介质为磁性材料；CD光盘和DVD光盘的存储介质为光性材料；闪存盘、CF（CompactFlash，压缩闪存卡）卡等的存储介质为半导体材料。移动存储器的分类37vUSB闪存盘v随着数据交换量的增大，1.44MB的软盘已经无法满足要求，而闪存盘逐渐成为移动存储器的首选产品，目前已经完全取代了软盘。v现在的闪存盘大多采用USB2.0串性总线接口，由于USB接口具有直接供电、不需要驱动器、不需要外接电源、可热插拔、即插即用、使用非常方便、存储容量大、读写速度快、保存时间长、耐高低温、体积小和便于携带等一系列优点，所以是一种理想的移动存储器。v目前，市场上USB闪存盘的品牌比较多。例如朗科、纽曼（Newman）和爱国者等，常见的USB闪存盘外观如图所示。USB闪存盘38USB闪存盘的外观USB闪存盘的外观39vUSB闪存盘的基本结构vUSB闪存盘主要由I/O控制芯片、闪存、电路板和其他电子元件组成，如图所示。闪存盘的内部结构图USB接口I/O控制芯片闪存USB闪存盘的基本结构闪存盘的内部结构图USB接口I/O控制40vUSB闪存盘的主要技术参数v因为闪存盘的结构简单，所以表征其性能好坏的技术参数也不多，具体来说有以下几点：v1存储容量:存储容量用来说明闪存盘能够存放数据的多少，目前主流产品的容量都在2GB以上。v2接口类型:闪存盘使用的是USB接口，主流的USB接口标准为USB2.0，它的最大传输速率是480Mbps。USB1.1(传输速率为1.5Mbps或12Mbps)由于速度慢而逐渐被淘汰，最近USB3.0标准已经由Intel公司提出，其传输速率在5GBps以上。v3数据传输率:闪存盘数据传输率分为数据读取速率和数据写入速率，好的产品其数据读取最大速率可达900KB/s，数据写入速率最大可达700KB/s。USB闪存盘的主要技术参数41v移动硬盘vUSB闪存盘有许多优点，但其使用的是成本较高的闪存芯片做为存储介质，所以价格较贵，容量也不大，这对于专业用户来说，显然不够，因此许多公司推出了采用USB2.0接口标准或者IEEE1394接口标准的外置移动硬盘产品。移动硬盘采用了成熟的硬盘技术，移动硬盘盒内装2.5英寸或1.8英寸的笔记本电脑硬盘，使用通用的、支持热插拔的USB或IEEE1394接口进行数据传输，这使得其单位存储容量的价格非常低廉。移动硬盘42移动硬盘移动硬盘43v移动硬盘的内部结构如图所示，通过一个专门的控制芯片实现USB接口与IDE接口之间的转换，在这个芯片基础上就可以安装不同容量的硬盘，因此可以通过USB-IDE技术轻松地实现高容量移动存储。移动硬盘的内部结构如图所示，通过一个专门的控制芯片实现USB44移动硬盘的内部结构硬盘接口电路移动硬盘的内部结构硬盘接口电路45v主流移动存储器简介v目前，常见的移动硬盘主要有纽曼、爱国者、联想和BENQ等，容量从40G到160G不等，而60G、80G和120G在市场上比较常见，其接口主要是USB2.0和IEEE1394。USB闪存盘常见的品牌主要有纽曼、金士顿、威刚、清华紫光和朗科等，其容量从64M到4G不等，而512M、1G和2G容量的USB闪存盘为市场主流，其接口以USB2.0为主。主流移动存储器简介46v移动存储器的选购v目前，移动存储产品种类繁多，在选购时可以考虑下述的标准。vUSB闪存盘的选购:v1储存容量v2类型选择v3品牌选择移动存储器的选购47v移动硬盘的选购:v1储存容量v2接口类型v3可靠性移动硬盘的选购:48v移动存储器的新技术介绍v移动存储器技术的发展非常迅速，下面是一些近几年出现在移动存储器方面的新技术。v1SATA技术v2USB3.0技术v3“稳压芯片”技术v4垂直记录技术移动存储器的新技术介绍49U盘使用注意事项盘使用注意事项U盘也称优盘、闪存盘、拇指盘。它是一种可移动的外存储设备，采用USB接口，不需要物理驱动器，只要将之插入电脑上的USB接口就可以独立地存储读写数据了。1、U盘的写保护开关的打开或上锁应在U盘接入电脑前完成，不能在U盘工作状下切换。2、U盘的存储原理与硬盘不完全一样，不要对U盘进行碎片整理工作，否则会缩短它的使用寿命。3、U盘均有工作状态指示灯，或为一个，或为两个。严禁在U盘进行数据读写时拔下U盘。4、为保护主板上的USB接口，减少摩擦，建议U盘在接入电脑时使用USB延长线（一般随U盘赠送，也可单独购买）。5、因为Windows 98系统没有内建U盘的驱动支持，用U盘时要安装U盘的驱动程序才可以使用。U盘使用注意事项U盘也称优盘、闪存盘、拇指盘。它是一种可移动50移动硬盘移动硬盘 移动硬盘也称外置硬盘、活动硬盘。它是以硬盘为存储介质，强调便携性的外存储设备。移动硬盘在早期多以标准硬盘为基础，现在大多数采用2.5英寸超薄笔记本硬盘，也有部分产品使用的是1.8英寸的微型硬盘。移动硬盘移动硬盘也称外置硬盘、活动硬盘。它是以硬盘51